(57)【要約】【課題】  地震などによる振動が生じた場合でも大きなひび割れやかぶりコンクリートの剥落が少なく、引張強度を十分に高くすることができる制震ダンパーを提供する。【解決手段】  建築構造物Ｍには、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の耐震壁１が設けられており、耐震壁１同士の間には、制震ダンパー２が配設されて耐震壁１同士を接合している。制震ダンパー２は、高靭性セメント複合材料（ＥＣＣ）で形成されたダンパー本体１０を有し、ダンパー本体１０には、主筋１１およびせん断補強筋１２が設けられている。また、ダンパー本体１０には、曲げ変形に寄与しない直接せん断補強部材として、だぼ鉄筋１３が設けられている。だぼ鉄筋１３が設けられていることにより、せん断余裕度を低減させることなく、引張鉄筋比を大きくすることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の構造体の間を繋ぐ制震ダンパーであって、
高靭性セメント複合材料からなるダンパー本体を備え、
前記ダンパー本体に引張強度を付与する直接せん断補強部材が前記ダンパー本体内に設けられていることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項２】
前記直接せん断補強部材が、だぼ鉄筋である請求項１に記載の制震ダンパー。
【請求項３】
前記直接せん断補強部材が、コッターである請求項１に記載の制震ダンパー。
【請求項４】
前記高靭性セメント複合材料に、主筋およびせん断補強筋が設けられている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の制震ダンパー。
【請求項５】
せん断補強筋比が０．５％以上、引張鉄筋比が０．７％以上、せん断余裕度が１．１以上とされている請求項４に記載の制震ダンパー。
【請求項６】
前記構造体が、連層耐震壁であり、前記連層耐震壁同士の間に配置される請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載に制震ダンパー。
【請求項７】
前記構造体が、建物における上層階の梁と下層階の梁であり、
前記上層階の梁と下層階の梁との間に配置される請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の制震ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の構造体間を繋ぐ制震ダンパーに係り、たとえば鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建築構造物における耐震壁の間に境界梁として設ける制震ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建築構造物の耐震壁または壁柱間を繋ぐ境界梁として、地震時のエネルギー吸収能力を備えた境界梁ダンパーがあり、このような境界梁ダンパーとして、鉄筋コンクリート製の梁ダンパーがある。この梁ダンパーでは、梁としての水平方向の強度を付与するとともに、高いエネルギー吸収能力を有するものである。
【０００３】
また、耐震性能を備える鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建築構造物として、躯体における２つの連層耐震壁の間に配置される制震ダンパー備えたものがある。このような制震ダンパーとして、特開２０００−３０３７１４号公報に開示されたものがある。この制震ダンパーは、２つの連層耐震屁機の間に上下に所定間隔ごとに境界梁として複数配置され、地震などによる連層耐震壁の相対変位により発生するせん断力を履歴吸収エネルギーによって吸収し連層耐震壁を備えた躯体の振動を抑制するというものである。
【０００４】
さらに、建築構造物における耐震壁の施工法として、特開２０００−３３６８１３号公報に開示されたものがある。この耐震壁の施工法は、鉄骨柱と鉄骨梁による架構を有し、この架構内に引張ひずみが１％を超える高靭性ＦＲＣ材料（短繊維補強セメント複合材料）を流し込んで耐震壁を構築するというものである。
【特許文献１】特開２０００−３０３７１４号公報（段落番号００４４〜００４７、図６）
【特許文献２】特開２０００−３３６８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の梁ダンパーでは、梁としての水平方向の強度（引張強度）を付与するとともに、高いエネルギー吸収能力により、地震による振動エネルギーを吸収している。ところが、上記従来の梁ダンパーでは、地震が生じた場合には、大きな変形が生じ、損傷が集中してひび割れやかぶりコンクリートの剥落が生じることが想定される。このようなひび割れや剥落が生じた場合、補修や交換などの作業が必要になり、そのための費用が嵩むという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に開示された制震ダンパーでは、連層耐震壁の相対変位によって生じるせん断力を履歴吸収することによって連層耐震壁を備えた躯体の振動を抑制している。このため、地震が生じた場合でも制震ダンパー自体の損傷は少ないものと考えられる。ところが、上記特許文献１に開示された制震ダンパーでは、連層耐震壁に対する水平耐力を付与することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、地震などによる振動が生じた場合でも大きなひび割れやかぶりコンクリートの剥落が少なく、引張強度を十分に高いものとすることができる制震ダンパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明に係る制震ダンパーは、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の構造体の間を繋ぐ制震ダンパーであって、高靭性セメント複合材料からなるダンパー本体を備え、ダンパー本体に引張強度を付与する直接せん断補強部材がダンパー本体内に設けられているものである。
【０００９】
本発明に係る制震ダンパーは、高靭性セメント複合材料からなるダンパー本体を備えているため、地震が生じた場合でも、大きな変形が生じることを防止し、損傷の集中によるひび割れやかぶりコンクリートの剥落を防止することができる。また、ダンパー本体には、引張強度を付与する直接せん断補強部材が設けられているので、高い引張強度を発揮することができる。
【００１０】
また、直接せん断補強部材が、だぼ鉄筋である態様とすることができ、あるいは直接せん断補強補強部材が、コッターである態様とすることもできる。
【００１１】
これらのだぼ鉄筋またはコッターを、直接せん断補強部材として好適に用いることができる。
【００１２】
さらに、高靭性セメント複合材料に、主筋およびせん断補強筋が設けられている態様とすることができる。
【００１３】
これらの主筋およびせん断補強筋が設けられていることにより、制震ダンパーの強度をさらに高いものとすることができる。
【００１４】
また、せん断補強筋比が０．５％以上、引張鉄筋比が０．７％以上、せん断余裕度が１．１以上とされている態様とすることができる。
【００１５】
このような範囲のせん断補強筋比、引張鉄筋比、およびせん断余裕度に設定することが好適である。
【００１６】
さらに、構造体が、連層耐震壁であり、前記連層耐震壁同士の間に配置される態様とすることができる。
【００１７】
このように、構造体が連層耐震壁であることにより、連層耐震壁を備える建築物の耐震性能を高いものとすることができる。
【００１８】
そして、構造体が、建物における上層階の梁と下層階の梁であり、前記上層階の梁と下層階の梁との間に配置される態様とすることもできる。
【００１９】
このように、上層階の梁と下層階の梁との間に制震ダンパーを配置することによっても、高い制震性能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る制震ダンパーによれば、地震などによる振動が生じた場合でも大きなひび割れやかぶりコンクリートの剥落が少なく、引張強度を十分に高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る制震ダンパーを備える建築構造物の側面図、図２は、その平断面図、図３は、制震ダンパーの正断面図、図４は、制震ダンパーの平断面図である。
【００２３】
図１および図２に示すように、本実施形態に係る建築構造物Ｍは、高層建物であり、その中央部に最下階から最上階まで連続する鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の複数の耐震壁（連層耐震壁）１が平面矩形状のコア状に配置されている。耐震壁１同士の間は、各階において、境界梁となる制震ダンパー２によって接合されている。
【００２４】
制震ダンパー２は、図３に示すように、断面Ｔ字形状をなすダンパー本体１０を備えており、図４にも示すように、通常の鉄筋コンクリート梁と同様、主筋１１およびせん断補強筋１２が配筋されている。また、制震ダンパー２には、主筋１１およびせん断補強筋１２のほか、曲げ耐力には寄与しない本発明の直接せん断補強部材であるだぼ鉄筋１３が設けられている。なお、本実施形態では、制震ダンパー２は、断面Ｔ字形状をなしているが、断面矩形状または断面逆Ｔ字状など、適宜の形態とすることができる。
【００２５】
制震ダンパー２におけるダンパー本体１０としては、高靭性セメント複合材料（Engineered Cementitious Composite、以下「ＥＣＣ」という）が用いられている。ＥＣＣとしては、材令２８日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型である。また、下記〔Ｆ１〕のＰＶＡ（Polyvinyl Alchol）短繊維を〔Ｍ１〕の調合マトリクスに、１を超え３以下の体積％の配合量で、３次元ランダムまたは２次元ランダムに配合したものである。ダンパー本体１０におけるモルタル部分の調合については、砂セメント比および水セメント比を特定するほかに、下記の条件が必要となる。
【００２６】
〔Ｆ１〕
・繊維径：５０μｍ以下
・繊維長：５〜２０ｍｍ
・繊維引張強度：１５００ＭＰａ〜２４００ＭＰａ
〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）：２５％以上
・砂結合材重量比（Ｓ／Ｃ）：０以上１．５以下
・細骨材の最大粒径：０．８以下
・細骨材の平均粒径：０．４以下
・単位水量：２５０ｋｇ／ｍ３以上４００ｋｇ／ｍ３以下
・練り上がり時の空気量０％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量：３０ｋｇ／ｍ３未満
また、制震ダンパー２は、下記のせん断補強筋比、引張鉄筋比、およびせん断余裕度の各条件を満たしている。なお、せん断余裕度とは、曲げ耐力に対するせん断耐力の比である。
・せん断補強筋比：０．５％以上
・引張鉄筋比：０．７％以上
・せん断余裕度：１．１以上
境界梁に、たとえば終局変形部材角１／２５程度の高い変形性能を付与するためには、曲げ耐力と比較してできるだけ大きなせん断耐力を付与することが要求される。せん断耐力を大きくするためには、せん断補強筋の数を増やすことが考えられるが、境界梁に配筋することができるせん断補強筋の数には限りがあるので、単純にせん断補強筋の数を増やすことはできず、要求されるせん断耐力を確保することは困難である。
【００２７】
この点、本実施形態に係る制震ダンパー２では、ダンパー本体１０を構成する材料としてとしてＥＣＣを用いている。ＥＣＣの有する引張抵抗が、制震ダンパー２におけるせん断耐力の向上を図ることができるので、制震ダンパー２に対して、曲げ耐力と比較して大きなせん断耐力を付与することができる。
【００２８】
しかも、本実施形態に係る制震ダンパー２では、曲げ耐力には寄与しないだぼ鉄筋１３が設けられている。このだぼ鉄筋１３を設けることにより、曲げ耐力と比較してさらに大きなせん断耐力を付与することができる。
【００２９】
また、ダンパー本体１０としてＥＣＣを用いることにより、たとえば大きな地震外力によって終局変形部材角１／２５程度の大きな変形を受けた場合でも設計部材耐力を維持することができる。さらには、ダンパー本体１０の表面のひび割れ幅を部材に耐久性に悪影響を及ぼさない範囲である０．１程度の微細な範囲に抑制することができる。したがって、地震によりダンパー本体１０にひび割れなどが入った場合でも、軽微な補修によって再使用することができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る制震ダンパーと比較例に係るの制震ダンパーとの構造性能を比較して説明する。
【００３１】
せん断スパン比１．５の矩形梁部材に関して、ＥＣＣをダンパー本体とし、ダンパー本体に対して、その両端間にＸ形状（Ｘ型配筋）に主筋を配筋した制震ダンパーの構造性能を図５に示す。また、本発明例に係る制震ダンパーとして、せん断スパン比１．５の矩形梁部材に関して、ＥＣＣをダンパー本体とし、ダンパー本体に対して、主筋を平行配筋した制震ダンパーの構造性能を図６に示す。
【００３２】
図５と図６との荷重変形曲線を比較してみると、両者とも部材角で１／２５（４％）程度の大変形にいたるまでは、耐力を安定して維持しており、非常に靭性に富む挙動を示している。また、せん断ひび割れ幅は、両者とも１／２５の部材角まで０．１ｍｍ程度以下に抑制されていた。
【００３３】
ところが、図５に示す比較例の場合は、曲線のループがややスリップ型となり、エネルギー吸収性能が低下している。これに対して、図６に示す本発明例の場合は、安定した紡錘型を示しており、大きなエネルギー吸収能力を発揮していることがわかる。したがって、本発明例では、Ｘ型の配筋を用いなくとも、Ｘ型配筋を用いた場合と同等の構造性能を有することがわかった。
【００３４】
また、図５に示す比較例の曲線がスリップ型になった理由は、引張鉄筋比が０．３２％と小さく、危険断面における直接せん断によるすべりが顕著になったためである。ＥＣＣは、粗骨材を含まないので、骨材の噛み合わせによるせん断抵抗がなく、繊維の架橋によってのみせん断すべりに抵抗する。ところが、そのすべり抵抗はコンクリートに比べて十分でなく、鉄筋のだぼ効果による補強が必要なものとなる。
【００３５】
これに対して、引張鉄筋（主筋）は、だぼ効果に大きく寄与しているものの、引張鉄筋比を０．３％程度まで小さくした場合、だぼの寄与が不十分となりせん断すべりを生じてしまう。このことから、引張鉄筋比は、０．７％以上程度必要であることを、本発明者らは実験から見出した。
【００３６】
引張鉄筋比を大きくすることで、曲げ耐力が上昇し、せん断余裕度が低減することで、変形性能が損なわれることから、引張鉄筋比は簡単には大きくできない。このような制約から引張鉄筋比が０．３％よりも小さい場合には、曲げ抵抗には寄与せずだぼ効果を増強する直接せん断補強部材としてだぼ鉄筋を配筋している。このようなだぼ鉄筋を配筋することにより、曲げ耐力を大きくせず、せん断余裕度を低減させることなく、引張鉄筋比を大きくすることができる。
【００３７】
だぼ鉄筋を用いた制震ダンパーの具体的態様の例を図７に示す。この態様では、制震ダンパー２０は、ダンパー本体２１を備えており、ダンパー本体２１に主筋２２が配筋されている。また、ダンパー本体２１には、せん断補強筋２３が配筋されており、ダンパー本体２１におけるせん断補強を行っている。さらに、ダンパー本体２１には、曲げ変形には寄与せず、直接せん断補強に寄与するだぼ鉄筋２４が設けられている。
【００３８】
主筋２２の両端部は、それぞれクランク状の屈曲しており、それぞれ柱本体２５に配筋されている。柱本体２５には、柱主筋２６が配筋されているとともに、せん断補強筋２７が配筋されている。この柱本体２５に対して、だぼ鉄筋２４の基端部が配筋されている。こうして、だぼ鉄筋２４によって、直接せん断補強を行うことにより、せん断余裕度を低減させることなく、引張鉄筋比を向上させることができる。その結果、高い耐震性能を付与するとともに、引張強度を十分に高いものとすることができる。
【００３９】
本実施形態に係る制震ダンパー２は、耐震壁１のような変形量の少ない主要な周辺構造と組合わせて用いられる。たとえば、図１で、耐震壁１は地震時に鉄筋降伏を許容しない、もしくは鉄筋降伏を許容した場合でも、耐震壁１の変形部材角が１／１００程度に納まるように耐震壁１の設計を行う。このことにより、地震後の建物および制震ダンパー２の残留変形が小さくなり、地震時に制震ダンパー２に生成したひび割れは、ほとんど閉じることになり、耐久性上問題ない範囲に収まることになり、地震後の長期使用に耐えることができる。
【００４０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態において、直接せん断補強部材としてだぼ鉄筋を用いたが、このだぼ鉄筋に代えて、コッターを用いる態様とすることができる。図８は、直接せん断補強部材としてコッターを用いた制震ダンパーの側面図である。
【００４１】
図８に示すように、制震ダンパー３０は、ダンパー本体３１を備えている。ダンパー本体３１としては、上記実施形態と同様にＥＣＣが用いられている。ダンパー本体３１には、その長手方向に沿った図示しない主筋と、主筋に巻きつけられた配筋されたせん断補強筋が設けられている。さらに、ダンパー本体３１は柱部材３２に接合されているとともに、ダンパー本体３１の長手方向に沿って、コッター３３が配設されている。コッター３３は、プレキャストコンクリートからなるプレキャストコンクリートコッターである。
【００４２】
このように、直接せん断補強部材としてはプレキャストコンクリートコッターなどのコッターを用いることもできる。このようなコッターを用いた場合であっても、せん断余裕度を低減させることなく、引張鉄筋比を向上させることができる。その結果、高い耐震性能を付与するとともに、引張強度を十分に高いものとすることができる。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、耐震壁同士を接合する境界梁として制震ダンパーを用いているが、図９に示すように、上階と下階との間に配置される層間ダンパーとして利用することもできる。梁部材同士の間に配置することもできる。この態様では、制震ダンパー４０は、ダンパー本体４１を備えている。ダンパー本体４１は、高さ方向に沿って配置されており、ダンパー本体４１の上側には、上側台座部材４２Ａが設けられており、ダンパー本体４１の下側には、下側台座部材４２Ｂが設けられている。
【００４４】
ダンパー本体４１は、上記実施形態と同様に、ＥＣＣからなり、その内部に主筋およびせん断補強筋が配筋されている。さらに、ダンパー本体４１には、その長手方向に沿って、直接せん断補強部材としてだぼ鉄筋が配筋されている。だぼ鉄筋の基端部は、それぞれ台座部材４２Ａ，４２Ｂに支持されている。
【００４５】
また、上層階における上側台座部材４２Ａの上側には、上層階の梁である上梁４３Ａが設けられ、下層階における下側台座部材４２Ｂの下側には、下層階の梁である下梁４３Ｂが設けられている。上梁４３Ａおよび下梁４３Ｂは、いずれも高さ方向に延在する柱４４と接合されている。このように、制震ダンパーは、上梁４３Ａと下梁４３Ｂとの間における層間ダンパーとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る制震ダンパーを備える建築構造物の側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制震ダンパーを備える建築構造物の平断面図である。
【図３】制震ダンパーの正断面図である。
【図４】制震ダンパーの平断面図である。
【図５】比較例に係る制震ダンパーの構造性能を示すグラフである。
【図６】本発明例に係る制震ダンパーの構造性能を示すグラフである。
【図７】だぼ鉄筋を用いた制震ダンパーの具体的態様を示す正断面図である。
【図８】コッターを用いた制震ダンパーの具体的態様を示す正断面図である。
【図９】制震ダンパーを上下階の梁の間に配置した態様を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…耐震壁
２，２０，３０，４０…制震ダンパー
１０，２１，３１，４１…ダンパー本体
１１…主筋
１２，２３，２７…せん断補強筋
１３，２４…だぼ鉄筋
２２…主筋
２５…柱本体
２６…柱主筋
３２…柱部材
３３…コッター
４２Ａ…上側台座部材
４２Ｂ…下側台座部材
４３Ａ…上梁
４３Ｂ…下梁
４４…柱
Ｍ…建築構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005299187.tif 000009
【図８】
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【図９】
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